(57)【要約】【課題】吸熱対象物、ペルチェ素子、液冷モジュールが万一故障を起こした場合にも交換が容易で、高効率な冷却が可能であり、レイアウトの自由度が広がり、さらに、ペルチェ素子を使用しても結露の発生を阻止することができる電子機器の冷却装置の提供を目的とする。【解決手段】発熱体１が実装された銅ベース基板２に吸熱側を密着させたペルチェ素子３と、ペルチェ素子３の放熱側に密接させた放熱構造を持つ熱伝達部品４と、発熱体１及びペルチェ素子３を熱伝達部品４に加圧し押さえ付ける押圧部品５と、熱伝達部品４とにより押圧部品５、発熱体１及びペルチェ素子３を外気と遮断させる密閉ケース６と、熱伝達部品４と密閉ケース６の間に配置されたＯリング７と、熱伝達部品４と密閉ケース６により形成された密閉空間内に満たされた乾燥気体１４と、熱伝達部品４に密接された放熱器８により冷却装置を構成する。【選択図】図２
2007258520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルチェ素子により発熱部品の熱を吸熱する冷却装置において、半導体等の発熱体、またはその発熱体が実装された基板に吸熱側面を密着させたペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の放熱側面の略全面に密接させた伝熱面を持つ熱伝達部品と、前記発熱体及び前記ペルチェ素子を前記熱伝達部品に加圧し押さえ付ける押圧部品と、前記熱伝達部品とにより前記発熱体及び前記ペルチェ素子を外気と遮断させる密閉ケースとを備えたことを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項２】
前記熱伝達部品と前記密閉ケースにより挟まれる弾性体と、前記熱伝達部品と前記密閉ケースにより形成された密閉空間内に満たされた乾燥気体を有することを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却装置。
【請求項３】
前記熱伝達部品のペルチェ素子を密接させた伝熱面の反対面側に放熱器を密接させたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記発熱体と前記ペルチェ素子の間に熱拡散部品を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記放熱器が液冷方式であることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の電子機器の冷却装置。
【請求項６】
前記発熱体が発光ダイオード、またはレーザーダイオードからなる半導体光源であり、前記密閉ケースに光を取り出す透明な光学部品を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子機器の冷却装置。
【請求項７】
請求項６記載の冷却装置を備えた光源を使用することを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペルチェ素子を利用した冷却装置の交換が容易な結露防止構造を有する電子機器の冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気回路に半導体部品を多く使用する電子機器においては、半導体の製造技術の進歩に伴い、半導体で消費される電力も上昇し、発生する熱量が増加してきている。特に、発光ダイオード、またはレーザーダイオードからなる半導体光源を使用する投射型表示装置のような電子機器においては多大の熱量が発生する。部品の性能、信頼性及び寿命を確保するためには、半導体の温度を、ある温度範囲内に保つ必要があり、そこで、例えば、特許文献１に記載されているように、冷却素子であるペルチェ素子の吸熱側に半導体部品、放熱側に液冷受熱部品を配置するような構成が考えられる。図６にその概略図を示す。
【０００３】
図６において、ペルチェ素子１０１の吸熱面１０１ａに冷却対象物１０２を、放熱面１０１ｂに液冷部品１０３が接して配置されており、液冷部品１０３に液体を流すことにより、ペルチェ素子１０１の放熱面１０１ｂを冷却することにより、ペルチェ素子１０１の吸熱能力を高め、冷却対象物１０２を効果的に冷却することができる。
【０００４】
しかしながら、ペルチェ素子１０１の吸熱面側が周囲温度以下になると、水分を含んだ周辺の空気により結露が発生し、この水が電気回路に入り込み、回路を短絡させたり、電子機器内の金属性の構造体に錆が発生するなどという問題がある。そこで、ペルチェ素子を使って冷却する場合の結露防止構造として、例えば、特許文献２、特許文献３に記載されているような、放熱部品とケース等により外気と遮断する構造の放熱器が考えられている。
【０００５】
しかしながら、これらも冷却対象物の寿命や故障等で交換が発生した時には分解しなければならず、水分を含んだ外気を内部に取り込んでしまい、再駆動時には結露が発生してしまうため、放熱器ごとの交換を要してしまう。
【０００６】
そこで、図７に示すような交換が容易な密閉構造が考えられる。プリント基板２０１上に配置された発熱体２０２は熱拡散板２０３を介してペルチェ素子２０４の吸熱面側に配置され、ペルチェ素子２０４の放熱面の外縁部にはＯリング２０５が配置されて、発熱体２０２、ペルチェ素子２０４等は断熱材２０６と本体ケース２０７との間で締め付け固定されている。本体ケース２０７は上ケース２０８とＯリング２０９により密閉され、内部には水分を殆ど含まない気体、または、水分を含まない不活性ガスを封入することで、結露を防止している。本体ケース２０７の開口を通して、ペルチェ素子２０４の放熱面側に液冷部品２１０を密接させることで発熱部品２０２を冷却している。
【特許文献１】特開平７−２６０２８７号公報
【特許文献２】特開平９−１８６３７９号公報
【特許文献３】特開２００４−３４２７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記図７の構成の冷却装置では、ペルチェ素子２０４の放熱面の外縁部にＯリング２０５があり、その部分は液冷部品と接していない為、吸熱対象物の背面に大きな空間が無い場合、発生した熱がペルチェ素子２０４の吸熱面側に逆流し冷却能力の低下を引き起こしたり、ペルチェ素子２０４の放熱面内での温度分布による熱膨張の差のためにペルチェ素子２０４内で半田クラックが発生してしまうという問題を有していた。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、吸熱対象物、ペルチェ素子、液冷モジュールが万一故障を起こした場合にも容易に交換が可能で、また、吸熱対象物の背面側に大きな空間が無くても高効率な冷却が可能であり、ペルチェ素子内で半田クラックが発生することもなく、従ってレイアウトの自由度が広がり、さらに、ペルチェ素子を使用しても結露の発生を阻止することができる電子機器の冷却装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、ペルチェ素子により発熱部品の熱を吸熱する冷却装置において、半導体等の発熱体、またはその発熱体が実装された基板に吸熱側面を密着させたペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の放熱側面の略全面に密接させた伝熱面を持つ熱伝達部品と、前記発熱体及び前記ペルチェ素子を前記熱伝達部品に加圧し押さえ付ける押圧部品と、前記熱伝達部品とにより前記発熱体及び前記ペルチェ素子を外気と遮断させる密閉ケースとを備えたことを特徴とする電子機器の冷却装置であり、ペルチェ素子の吸熱側が周囲温度以下に冷却されたとしても結露せず、かつ交換が容易で、さらに発熱体の周辺に大きな空間が無くても高い冷却性能が得られるという作用を有する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記熱伝達部品と前記密閉ケースにより挟まれる弾性体と、前記熱伝達部品と前記密閉ケースにより形成された密閉空間内に満たされた乾燥気体を有することを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却装置であり、密閉性を高め、さらに結露の発生が無くなる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記熱伝達部品のペルチェ素子を密接させた伝熱面の反対面側に放熱器を密接させたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷却装置であり、より高い冷却性能が得られるという作用を有する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記発熱体と前記ペルチェ素子の間に熱拡散部品を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷却装置であり、発熱部品の熱をペルチェ素子の吸熱面全体に伝えることでより高い冷却性能が得られるという作用を有する。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記放熱器が液冷方式であることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の電子機器の冷却装置であり、ペルチェ素子の放熱側で発生する熱をより大きな能力で冷却が可能となる作用を有する。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記発熱体が発光ダイオード、またはレーザーダイオードからなる半導体光源であり、前記密閉ケースに光を取り出す透明な光学部品を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子機器の冷却装置であり、高く安定した光出力と光源の信頼性を得ることができるという作用を有する。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の冷却装置を備えた光源を使用することを特徴とする投射型表示装置であり、安定性と明るさを備えた投射映像を得ることができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明は、ペルチェ素子の吸熱側が周囲温度以下に冷却されても結露等を起こさず、ペルチェ素子内で半田クラックが発生することもなく、周辺の電子回路や、電源回路等の不具合や、金属部品の腐食が発生しないという優れた効果が得られる。また、吸熱対象物、ペルチェ素子、液冷モジュールが万一故障を起こした場合にも容易に交換ができ、交換部品のコスト削減が可能という優れた効果が得られる。さらに、ペルチェ素子の放熱側に取り付ける放熱手段として液冷モジュールを使用することで大きな冷却能力を可能で、かつ、吸熱対象物の背面に大きな空間が無くても省スペースでの冷却が可能でありレイアウトの自由度が広がるという優れた効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電子機器の冷却装置の構成を示す分解斜視図、図２は冷却装置の断面図で、これら図１、２を用いて冷却装置の構成を説明する。
【００１９】
図において、半導体等の発熱体１が実装された銅ベース基板２と、その背面に密着して取り付けられたペルチェ素子３と、ペルチェ素子３の放熱側に密接させた放熱構造を持つ熱伝達部品４と、発熱体１、銅ベース基板２及びペルチェ素子３を熱伝達部品４に加圧し押さえ付ける押圧部品５と、熱伝達部品４とにより押圧部品５、発熱体１、銅ベース基板２及びペルチェ素子３を外気と遮断させる密閉ケース６と、熱伝達部品４と密閉ケース６の間に配置された密閉性を確保する弾性体であるＯリング７と、熱伝達部品４と密閉ケース６とにより形成された密閉空間内に満たされた乾燥気体１４と、熱伝達部品４のペルチェ素子３が配置されていない面に密接された放熱器８とから構成されている。
【００２０】
上記構成において、熱伝達部品４は、外周にフィン４ａやピン形状などの周辺空気との熱交換効率を上げる形状を有し、熱伝達率の良い純銅系や純アルミ系の材料が使用されている。また、押圧部品５は、ネジ（図示せず）等により熱伝達部品４に締め付けられるが、発熱体１、ペルチェ素子３及び熱伝達部品４間には、シリコングリース等の熱伝導部材があることが望ましく、また、ペルチェ素子３に加わる圧力は０．３ｋｇ/ｃｍ2以上で、ペルチェ素子３が破壊しない範囲であることが望ましい。また、ネジ等による締結を行わず、密閉ケース６をＯリング７を挟んで熱伝達部品４に取り付ける際に同時に押圧部品５を加圧するようにしてもよい。また、熱伝導部品と密閉ケースにより形成された密閉空間内に満たす乾燥気体１４としては、水分をほとんど含まない空気や不活性ガスを使用する。空気に水分を含まないようにするには、空気と共に乾燥剤を封入してもよい。
【００２１】
以上のように構成された冷却装置について、その動作を説明する。
【００２２】
発熱体１は消費される電力により温度上昇し、信頼性の面からこの温度を一定以下にする必要がある。ペルチェ素子３はその特性上、電流を流すことでその両面に温度差を生じ、吸熱側から放熱側に熱を移動させることができる。吸熱側に発熱体１の実装された銅ベース基板２を密着、放熱側に放熱構造を持つ熱伝達部品４を密着、熱伝達部品４の裏面に放熱器８を密着させて放熱することで、発熱体１の温度を制御することが可能になり、条件によってはペルチェ素子３の吸熱側の温度が周囲温度以下になる。しかし、熱伝達部品４、密閉ケース６と、それらの間に設置されたＯリング７により形成された密閉空間には水分含有量の極めて少ない乾燥気体１４が充填、封入されているため、ペルチェ素子３の吸熱側での結露発生を防止できる。また、放熱器８は、熱伝達部品４、密閉ケース６と、それらの間に設置されたＯリング７により形成された空間の密閉状態を保持したまま切り離しが可能で、発熱体１の発熱量が少ない場合には取り外せばよい。そして、発熱体１又はペルチェ素子３を交換する必要が生じたときにも、熱伝達部品４と密閉ケース６でモジュール化された部分のみを交換可能で、前もって、乾燥気体１４を封入したモジュールを供給することで、市場においても安定した交換作業が可能になる。また、密閉空間内部に乾燥剤を設置することで、モジュール化された物単位での交換ではなく、発熱体１またはペルチェ素子３のみでの交換も可能となる。
【００２３】
また、放熱構造を持つ熱伝達部品４または放熱器８をファン（図示せず）によって強制空冷することで、冷却能力を高めることが可能となる。
【００２４】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における電子機器の冷却装置の構成を示す断面図である。実施の形態１における図１、２と同様の構成は同一の番号を付与し説明を省略する。
【００２５】
図において、半導体等の発熱体１が実装された銅ベース基板２と、その背面に密着して取り付けられ、ペルチェ素子３の吸熱面以上の面積を有し、熱伝達率の良い純銅系や純アルミ系の材料でできた熱拡散部品９と、その背面に密着して取り付けられたペルチェ素子３と、ペルチェ素子３の放熱側に密接させた放熱構造を持つ熱伝達部品４と、発熱体１、銅ベース基板２及びペルチェ素子３を熱伝達部品４に加圧し押さえ付ける断熱部品５と、熱伝達部品４とにより押圧部品５、発熱体１、銅ベース基板２及びペルチェ素子３を外気と遮断させる密閉ケース６と、熱伝達部品４と密閉ケース６の間に配置された密閉性を確保するＯリング７と、熱伝達部品４と密閉ケース６とにより形成された密閉空間内に満たされた乾燥気体１４と、熱伝達部品４のペルチェ素子３が配置されていない面に密接された放熱器８とから構成されている。実施の形態１と異なるところは、熱拡散部品９を追加した点である。
【００２６】
以上のように構成された冷却装置について、実施の形態１と異なる部分の動作を説明する。発熱体１の実装された銅ベース基板２がペルチェ素子３の吸熱面よりも面積が小さい場合、発熱体１で発生する熱をペルチェ素子３の吸熱面全体に伝えることができないため、冷却能力を十分に引き出すことが出来ない。ペルチェ素子３の吸熱面以上の面積を有し、熱伝達率の良い純銅系や純アルミ系の材料でできた熱拡散部品９により発熱体１で発生する熱をペルチェ素子３の吸熱面全体に伝えることが可能となり、効率よく冷却することができる。また、銅ベース基板２がペルチェ素子３と同等の面積を持っている場合においても、その厚さが薄いとペルチェ素子３の面横方向への熱の広がりが悪い為、ペルチェ素子３の冷却能力を十分に引き出すことが出来なくなってしまう。発熱体１とペルチェ素子３のサイズの関係、また、素材により左右されるが、発熱体１の温度が上がらない範囲での厚さを持つ熱拡散部品９により、発熱体１で発生する熱をペルチェ素子３の吸熱面全体に伝えることが可能となり、効率よく冷却することができる。
【００２７】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における電子機器の冷却装置で、発熱体として半導体光源が使用される投射型表示装置のような電子機器の冷却装置の構成を示す断面図である。実施の形態２における図３と同様の構成は同一の番号を付与し説明を省略する。
【００２８】
図において、発光ダイオード、またはレーザーダイオードからなる半導体光源１０が実装された銅ベース基板２と、その背面に密着して取り付けられ、ペルチェ素子３の吸熱面以上の面積を有し、熱伝達率の良い純銅系や純アルミ系の材料でできた熱拡散部品９と、その背面に密着して取り付けられたペルチェ素子３と、ペルチェ素子３の放熱側に密接させた放熱構造を持つ熱伝達部品４と、半導体光源１０、銅ベース基板２及びペルチェ素子３を熱伝達部品４に加圧し押さえ付ける押圧部品５と、熱伝達部品４とにより押圧部品５、半導体光源１０、銅ベース基板２及びペルチェ素子３を外気と遮断させる密閉ケース１１と、密閉ケース１１に設けられた光を取り出すガラスやプラスチックなどの透光性を有する一つもしくは複数の光学部品１２と、熱伝達部品４と密閉ケース１１の間に配置された密閉性を確保するＯリング７と、熱伝達部品４と密閉ケース１１とにより形成された密閉空間内に満たされた乾燥気体１４と、熱伝達部品４のペルチェ素子３が配置されていない面に密接された放熱器８とから構成されている。実施の形態２と異なるところは、発熱体を半導体光源１０とし、密閉ケース１１に光学部品１２を設けた点である。
【００２９】
以上のように構成された冷却装置について、実施の形態２と異なる部分の動作を説明する。発光ダイオードまたはレーザーダイオードからなる半導体光源１０からの光が密閉ケース１１に設けられた透光性を有する光学部品１２から放出され、投射型表示装置の光源として利用される。このような半導体光源は、温度依存性が高く、部品の性能、信頼性及び寿命を確保するためには、半導体の温度をある温度範囲内に保つ必要がある。この本発明の構成により、高く安定した光出力と光源の信頼性を得ることが可能となる。
【００３０】
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４における電子機器の冷却装置で、液冷方式を使った構成を示す断面図である。実施の形態３における図４と同様の構成は同一の番号を付与し説明を省略する。
【００３１】
図において、発光ダイオード、またはレーザーダイオードからなる半導体光源１０が実装された銅ベース基板２と、その背面に密着して取り付けられ、ペルチェ素子３の吸熱面以上の面積を有し、熱伝達率の良い純銅系や純アルミ系の材料でできた熱拡散部品９と、その背面に密着して取り付けられたペルチェ素子３と、ペルチェ素子３の放熱側に密接させた放熱構造を持つ熱伝達部品４と、半導体光源１０、銅ベース基板２及びペルチェ素子３を熱伝達部品４に加圧し押さえ付ける押圧部品５と、熱伝達部品４とにより押圧部品５、半導体光源１０、銅ベース基板２及びペルチェ素子３を外気と遮断させる密閉ケース１１と、密閉ケース１１に設けられた光を取り出す透明な光学部品１２と、熱伝達部品４と密閉ケース１１の間に配置された密閉性を確保するＯリング７と、熱伝達部品４と密閉ケース１１とにより形成された密閉空間内に満たされた乾燥気体１４と、熱伝達部品４のペルチェ素子３が配置されていない面に密接された液冷受熱部品１３とから構成されている。実施の形態３と異なるところは、放熱器８に替え、液冷受熱部品１３を設けた点である。
【００３２】
以上のように構成された冷却装置について、実施の形態３と異なる部分の動作を説明する。液冷方式の放熱器１３はポンプ（図示せず）や熱交換器内部（図示せず）と結ばれており、その内部を循環する液体により熱を発熱部から離れたところまで運ぶことが可能であり、発熱部（半導体光源１０）の背面側に大きな空間を必要とせず、また、温まっていない外気を使って熱交換器にて放熱できるため、高い冷却性能を得ることができ、高く安定した出力と信頼性を得ることが可能となる。
【００３３】
また、放熱構造を持つ熱伝達部品４をファン（図示せず）によって強制空冷することで、さらに冷却能力を高めることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかる冷却装置は、周囲温度以下に冷却を行っても結露せず、放熱手段の着脱性とユニットの密閉性を両立できるという優れた効果を有し、半導体素子を周囲温度以下まで冷却が必要で、かつ交換の可能性のある半導体光源を使用するような投射型表示装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１における電子機器の冷却装置の構成を示す分解斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における電子機器の冷却装置の構成を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態２における電子機器の冷却装置の構成を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態３における電子機器の冷却装置の構成を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態４における電子機器の冷却装置の構成を示す断面図
【図６】従来のペルチェ素子と液冷方式による冷却装置の例を説明する概略図
【図７】従来のペルチェ素子と液冷方式による冷却装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００３６】
１  発熱体
２  銅ベース基板
３  ペルチェ素子
４  熱伝達部品
５  押圧部品
６、１１  密閉ケース
７  Ｏリング
８  放熱器
９  熱拡散部品
１０  半導体光源
１２  光学部品
１３  液冷受熱部品
１４  乾燥気体
【図１】
2007258520.tif 000003
【図２】
2007258520.tif 000004
【図３】
2007258520.tif 000005
【図４】
2007258520.tif 000006
【図５】
2007258520.tif 000007
【図６】
2007258520.tif 000008
【図７】
2007258520.tif 000009